A new GFSK demodulator with a digital offset canceller is proposed. This demodulator recovers the binary data by detecting the period difference of FSK modulated signals. For detection, it used only a DLL and edge detecting DFFs, and so can be implemented low power. Moreover, the demodulator does not need additional filters for the purpose of reducing harmonic interference, which are essentially the required blocks for differential demodulators or quadrature demodulators. As a result, this demodulator consumes only 2mA from 1.8V supply. The measured SNR for 0.1% BER is 20dB. In addition, a new offset canceller for the proposed demodulator is also proposed and implemented. This offset canceller measures and compensates offset in two symbol periods. Finally, a single chip 2GHz CMOS RF GFSK receiver is implemented in a low IF architecture. Their system specification is derived from the Bluetooth standard. For the input sensitivity of -70dBm, 24dB system NF, -16dBm system IIP3, 20dB IIR for the receiver should be satisfied to achieve 0.1% BER. All other building blocks, such as RF front end, channel select filter, limiter/RSSI, are implemented based on the derived specifications. Some design techniques for each block is presented. The measured sensitivity of the implemented receiver is -78dBm and the maximum usable level is -16dBm. The die size is 6㎟ and the IC draws 25mA from 3V system supply. The receiver was implemented using 1P6M 0.18um CMOS process enhanced for RF circuits. MIM option and thick metal option were used.
본 논문은 근거리 무선 송수신 시스템의 개발 (특히 Bluetooth)에 필수적인 저전력 GFSK 수신기의 설계에 관한 논문이다. 값싸고 저전력의 GFSK 수신기를 만들기 위하여 새로운 복조기와 그 복조기를 이용한 수신기 구조를 새롭게 제안하였다. 기존의 주파수 비교 방식의 복조기가 FV (frequency to voltage) 변환을 통해 주파수 차이로부터 데이터를 복조하는 데에 반하여 새로 제안한 복조기는 주기 차이를 비교하는 방식을 택하였으며, DLL (Delay locked loop)을 이용하여 간단히 구현하였다. 기존의 방식이 FV 변환 후, harmonics를 제거하기 위하여 LPF (low pass filter)나 BPF (band pass filter)등의 Filter를 필요로 하는 것과 달리 새롭게 제안한 방식은 harmonics가 발생하지 않으므로 GFSK 수신기 시스템에서 추가적인 Filter 없이 기존의 방식에 비하여 저전력으로 설계할 수 있는 장점이 있다. 실제적으로 제작된 복조기는 1.8V 전원 전압으로부터 2mA의 전류를 소모하며 0.1% BER을 위해 20dB의 SNR을 필요로 한다. 덧붙여 제안하는 GFSK 복조기에 적합한 디지털 방식의 주파수 옵셋 제거기를 제안하였다. 이 옵셋 제거기는 Peak-Valley 옵셋 검출기를 사용한다. 마지막으로 GFSK RF 수신기를 설계하기 위하여 Bluetooth를 target으로 스펙을 분석하여 각 블록의 성능을 결정하였으며, 위 복조기 블록과 LNA, Mixer, Filter, Limiter, RSSI 블록들을 포함하는 저전력 CMOS RF GFSK 수신기를 단일칩으로 구현함으로써 시스템에서 검증하였다. 구현된 수신기는 3V 시스템 전원으로부터 25mA의 전류를 소모하며 0.1% BER를 위한 입력 다이내믹 영역은 -78dBm ~ -16dBm이다.
